СОКИРНИТ – ФИЛЬТРУЮЩАЯ ЗАГРУЗКА ДЛЯ ДЕАММОНИЗАЦИИ

В последнее время возрос интерес к системам очистки воды, позволяющим удалять из воды небольшие концентрации аммонийного азота. Подобный интерес вызван тем, что концентрации подобного загрязнителя встречаются зачастую не только в скваженной или поверхностной воде, но могут присутствовать и в воде коммунальных водоносных сетей. Искать источники появления аммония в воде в данной статье мы не будем, думаю, что большинство специалистов, чья профессиональная деятельность связана с очисткой воды, понимает каким образом и в результате каких процессов в воде может объявиться этот загрязнитель.

Разберём один из методов удаления из воды аммонийного азота, основой которого служит ионный обмен. Материалом, способным к подобного рода взаимодействию с аммонием, является цеолит природный вулканического происхождения. Учитывая требования ГОСТ Р 51641 2000 «МАТЕРИАЛЫ ФИЛЬТРУЮЩИЕ ЗЕРНИСТЫЕ» к фильтрующим материалам, необходимо сразу отметить, что далеко не все природные цеолиты годятся на роль фильтрующей загрузки в системах очистки питьевой воды. Из всех существующих и разрабатываемых месторождений на сегодняшний день только несколько может похвастать полным соответствием всем требованиям ГОСТ. Кроме соответствия самой цеолитовой породы всем физико-механическим требованиям, особое внимание необходимо обратить на то, каким образом происходит обогащение и активация цеолитового минерала. Сорбционный и ионообменный потенциал данного минерала будет доступен лишь в том случае, если процесс обогащения и активации проходит по чётко определённым параметрам. СОКИРНИТ - природный цеолит клиноптилолитового типа Сокирницкого месторождения, располагающегося в Закарпатской области Украины, является примером профессионально отлаженных производственных процессов, которые позволили получать цеолитовую продукцию различного фракционного состава с высокой степенью активации.

Сокирнит является цеолитом вулканического происхождения клиноптилолитового типа с общей формулой K2Na2Ca)xAl2Si7O18x6H2O.

Для фильтрующей загрузки используется Сокирнит с содержанием клиноптилолита не менее 65%, что определяет его высокую сорбционную ёмкость.

Химический состав Сокирнита был исследован в Институте Геологии и минералогии им. В.С.Соболева (Новосибирск) СО РАН методом рентгенофлюоресцентного анализа (РФА). Данные исследований приведены ниже:

СОКИРНИТ – ФИЛЬТРУЮЩАЯ ЗАГРУЗКА ДЛЯ ДЕАММОНИЗАЦИИ

СОКИРНИТ – ФИЛЬТРУЮЩАЯ ЗАГРУЗКА ДЛЯ ДЕАММОНИЗАЦИИ

Внешняя поверхность СОКИРНИТА зернением 0,8 – 1,2 мм имеет площадь поверхности равную 18 м2/г. Так как пространство микропор цеолита не доступно для взвешенных и коллоидных частиц, то поверхность доступная для адгезии взвешенных и коллоидных частиц составила 1 – 2 м2/г. Для сравнения, площадь эффективной шероховатой поверхности зёрен кварцевого песка составляет всего 0,12 м2/г.

Важно отметить, что ионообменный потенциал по NH+4 Сокирнита составляет 1,23 мг-экв/г, а размер входных окон -3,5 – 4,8 Å. Показатели по количеству заменяемых катионов, мг – экв/г : Ca2+ - 1,08 , Na+ - 0,13 , K+ - 0,02 Таким образом, Сокирнит является высокоэффективным сорбентом - ионообменником.

Используя стандартные методики определения параметров механической прочности материала, были определены такие параметры как измельчаемость, истираемость, твердость по Моосу, плотность.

Результаты представлены в таблице:

Показатели: Клиноптилолит:
плотность, г/см3 2,2-2,3
объемная масса, кг/м3 1040-1080
твердость, балл 3,5 - 4
Истираемость, % не более 0,2 – 0,5
Измельчаемость, % не более 0,6 – 1,9

Разрушаемость фильтрующего материала оценивается химической стойкостью, т.е. приростом сухого остатка, силикатов, и перманганатной окисляемости в кислой, нейтральной и щелочных средах. Однако, как мы уже выяснили, Сокирнит, являясь природным катионообменником, вступает в обменные реакции с катионами растворов, что искажает данные по сухому остатку. Для устранения этой ошибки при исследованиях химической стойкости использовали модифицированные образцы: H – клиноптилолит в кислой, Na – клиноптилолит в нейтральной и щелочной средах. Прирост сухого остатка для Сокирнита составил 1- 10, для силикатов 0,6 – 3,4 мг, окисляемости перманганатной – 0,1 – 0,4 мг О/л.

Таким образом, Сокирниты полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к фильтрующим материалам по механической и химической стойкости.

Учитывая тот факт, что цеолитовое направление практически во всех областях применения, которых бесконечное множество, переживает второе рождение периодически необходимо обращать свой взгляд на опыт применения, который был накоплен и успешно забыт, еще во времена СССР. Данная особенность не обошла стороной и направление по применению цеолита в качестве фильтрующей загрузки водоочистных систем.

В первом полугодии 2011 года на базе предприятия ООО «Сибирский пивоваренный завод» (г. Нижневартовск, Тюменской области) были проведены испытания фильтрующей загрузки СОКИРНИТ на этапе деаммонизации очищаемой воды.

Период испытания фильтров, загруженных СОКИРНИТОВОЙ загрузкой, составил 4 месяца. Фракционный состав фильтрующей загрузки от 1 до 3 мм.

В результате испытаний были подобраны оптимальные режимы работы СОКИРНИТОВЫХ фильтров, что позволило удалять из воды аммонийный азот на 96 - 98% (с 1,1 – 2,7 мг/л до 0,1 мг/л по NH4+).

Испытания проводились следующим образом.

Установка для деаммонизации предполагала наличие двух последовательно соединённых фильтров, загруженных СОКИРНИТОМ фр. 1 - 3 мм

Характеристики фильтров: высота – 194 см, диаметр – 40 см, высота слоя загрузки – 116 см.

Загрузка фильтров: основной фильтрующий слой – СОКИРНИТ фр. 1 – 3 мм – 80 кг, поддерживающий слой – 25 кг кварца фр. 2 – 5 мм.

Производительность: 2 м3/ч

Загруженный в тело фильтров СОКИРНИТ промывался обратным током воды в течение 15 – 20 минут со скоростью 10 – 12 м/ч в течение.

Изначально СОКИРНИТ находится преимущественно в Ca-форме (ионообменный комплекс: K+ - 0,02 , Na+ - 0,13 , Ca2+ - 1,08 мг-экв/г). Для плавного протекания ионообменных процессов на СОКИРНИТЕ в начальный период желательно перевести его в однокомпонентную Na-форму. С этой целью фильтрующую загрузку выдерживали в течение 60 минут в 5% растворе NaCl. После чего повторно промыли обратным током воды в течение 15 – 20 минут со скоростью 10 – 12 м/ч в течение.

После завершения подготовительного этапа СОКИРНИТОВЫЕ фильтры ввели в эксплуатацию.

Результаты работы СОКИРНИТОВЫХ фильтров приведены в таблице 1.

В течение первого фильтроцикла происходило стабильное снижение концентрации аммонийного азота в очищаемой воде. При изначальном содержании в воде аммонийного азота 1,5 – 2,6 мг/л на выходе вода содержала NH4+: min 0,18 мг/л (при изначальном NH4+ - 1,5 мг/л) и max 0,45 мг/л (при изначальном NH4+ - 2,6 мг/л). Длительность первого фильтроцикла составила 5 дней.

Регенерацию проводили по схеме: обратная промывка 5 – 7 минут (скорость 10 – 12 м/ч), выдерживание в 2,5% растворе NaCl в течении 60 минут, обратная промывка 10 – 15 минут (скорость 10 – 12 м/ч).

Следующий фильтроцикл показал, что концентрация аммония на выходе составляет: min 0,29 (при изначальном NH4+ - 1,8 мг/л) и max 0,96 (при изначальном NH4+ - 2,5 мг/л). Вследствие этого фильтроцикл был сокращен на один день и выведен на регенерацию с применением уже 3% раствора NaCl и выдерживанием в течение 1,5 часов. В результате было отмечено повышение качества очистки воды и снижение max концентрации NH4+ , которая на выходе составила 0,6 мг/л.

Постепенное повышение концентрации NaCl в регенерационном растворе в последующих фильтроциклах до 8% при сохранении времени контакта 1,5ч давало незначительное снижение аммонийного азота в воде на выходе.

Для повышения степени регенерации Сокирнитовой загрузки в регенерационный раствор NaCl дополнительно ввели 0,2% NaOH.

После двух регенераций с добавлением NaOH наблюдалось стабильное снижение NH4+ . В итоге, после 3 – ей регенерации концентрация аммонийного азота на выходе составила 0,1 мг/л. Причём данная концентрация являлась неизменной при изначальной концентрации NH4+ и в 1,5 и в 2,5 мг/л.

Стоит отметить, что в исходной воде наблюдались минимальные концентрации окисленного железа (max – 0,05 мг/л). После прохождения через две ступени цеолитовых фильтров концентрация железа была преимущественно нулевая 0,00 мг/л.

Производственные испытания показали нецелесообразность использования двух последовательных ступеней очистки на СОКИРНИТЕ от аммонийного азота.

Вода, прошедшая через первый фильтр, содержит остаточные концентрации аммонийного азота и насыщена катионами натрия. Наличие конкурирующих катионов не позволяет доочищать оставшийся аммонийный азот на второй ступени. По данным таблицы видно, что концентрация аммонийного азота на выходе с обоих фильтров или равны или незначительно отличаются.

В настоящий момент СОКИРНИТОВЫЕ фильтры внедрены в производство бутилированной воды и успешно работают со стабильными показателями по качеству очищенной воды.

 

Новое оборудование по подаче природного цеолита «Сокирнит» смонтировано в Кирове

Накануне весеннего паводка качество питьевой воды в Кирове и области поставлено на жесткий контроль надзорных служб. Особенно эта проблема стала актуальна после февральской аварии на Нововятском переезде. На кировском водоканале накануне завершился монтаж уникального оборудования, которое полностью обеспечит качество водопроводной воды.

Подробнее об этом здесь.

Яснополянский экологический форум в г. Тула

Делегация Группы Компаний «Цеолитовые технологии» приняля участие в Яснополянском экологическом форуме в г. Тула. В ходе форума руководитель Группы Компаний Попов Константин Леонидович представил доклад о возможностях использования ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА «Сокирнит» в экологических программах. Подробнее об этом здесь.